MOLECULAIRE CELBIOLOGIE 1 – biomoleculen
H1: INLEIDING
1.1 Situering
Biomoleculen: alle chemische stoffen die nodig zijn voor overleving
- Basis van biochemie: studie van chemische stoffen, functies en reacties
1.1.1 Biomoleculen
Moleculaire componenten van een cel
Suikers, lipiden, proteïnen, nucleïnezuren, vitaminen, hormonen
1.1.2 Metabolisme
Geheel van chemische reacties in levende cel
- Katabolisme: degradatie-fase (energieleverend)
Organische voedselmoleculen (suikers, vetten, proteïnen) afgebroken tot kleine eindproducten
(melkzuur, CO2, …)
Er komt energie vrij –> door organisme gebruikt voor beweging, arbeid, opbouw nieuwe moleculen,
…
- Anabolisme: opbouw-, synthesefase (energievragend)
Grote celcomponenten (polysachariden, lipiden, eiwitten) gemaakt uit kleine moleculen (=
voorlopermoleculen)
Vraagt energie die afkomstig is van hydrolyse van ATP
Treden gelijk op –> dynamische evenwicht
1.2 De elementaire samenstelling van organismen
1.2.1 Bouwelementen, oligo-elementen en spoorelementen
Essentiële elementen (< 30 van 90) vormen biomoleculen
- Sterksten in organismen: H, O, C, N
11 bouwelementen: komen in elk organisme voor 99,95% van het totaal voor
- O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg
O, V, H, N, P, S: stabiele covalente bindingen
Ca2+, K+, Na+, Mg2+, Cl-: ionen
Spoorelementen: bijna alle natuurlijke elementen voor 0,05% van het totaal, betrokken bij activiteit van
enzymen (te veel is niet goed)
- Oligo-elementen: spoorelementen die noodzakelijk zijn voor goed functioneren
Bv. I, Fe, Si, F, Cu, Co, Mn, Zn, Se, B, Al, Mo, V, Cr, Ni, Ga, As, Sn
Spoorelement is oligo-element als:
Als er bij gebrek (gebreks-)ziekte optreed, na toedienen van oligo-element zal de ziekte
weggaan
Als de verbinding noodzakelijk is voor het organisme, is het een oligo-element
- Toevallige spoorelementen: de rest van de spoorelementen
Bv. Br, Hg, Ag, Pb, Ti, …
Bio-elementen: bouwelementen + oligo-elementen
- Worden de hele tijd verwijderd uit organismen (open systemen) langs bv. de huid, urine.
Als dit niet vervangen wordt (door bv. niet te eten) –> ziekte
1.2.2 Enkele voorbeelden van oligo-elementen
Jood (I)
- Zit in zeewier, gaat door golven, wind naar land
- Bestand van schildklierhormonen (thyroxine: regulatie van metabolisme)
- Bij gebrek (bv. land tussen bergen): endemische krop en cretinisme (ziekte)
Verdwijnt bij toedienen KI (in keukenzout, drinkwater)
1
, Ijzer (Fe)
- 0,005% van lichaamsgewicht: 70% als bestanddeel van hemoglobine (zuurstofdragend proteïne in
bloed), de rest in myoglobine (zuurstofbindend proteïne in spieren), ferritine en in hemosiderine
- Bio-element voor alle levende wezens
- Bij gebrek: ferriprieve anemie (bloedarmoede)
Genezen door toedienen ijzerpreparaten
Koper (Cu)
- 0,0002% van lichaamsgewicht: in koperstockage proteïnen en in koperdragend eiwit
- Veel in geleedpotigen en weekdieren, bestanddeel van hemocyanine (zuurstofdragend proteïne)
- Functies: vorming RBC, bind- en botweefsel, haarpigment, cofactor enzymen (difenoloxidasen,
nitrietreductase, cytochroomoxidase)
- Bio-element voor alle levende wezens
- Bij gebrek: komt zelden voor
Zink (Zn)
- 0,002% van lichaamsgewicht: werking van koolzuuranhydrase alcoholdehydrogenase, glutamaat-
dehydrogenase, carboxypeptidase
- In zinc-fingers (aanwezig in transcriptiefactoren, belangrijk voor binding aan DNA/RNA)
- Bij gebrek: groeivertraging, haaruitval, verminderde vruchtbaarheid, …
Andere oligo-elementen
- Mangaan (Mn): cofactor van verschillende oxidatieve enzymen
- Molybdeen (Mo): aanwezig in flavoproteïnen
- Cobalt (Co): bestand van vitB12 en van zijn co-enzymen
1.3 De moleculaire samenstelling van organismen
Grote groepen biomoleculen en water gevormd door O, C, H, N, P, S (stabiele covalente bindingen)
- Water: belangrijk bestanddeel als reactiemedium, transportomgeving, …
- Vaste materiaal cel: C-houdende bindingen (flashcards)
Organische moleculen: alcohol, aldehyde, keton, carboxylzuur, thiol (sulfhydryl), amines (primair,
secundair, tertiair)
Functionele groepen (hier zijn biochemische reacties): hydroxyl, acyl, carbonyl, carboxylaat, thiol
(sulfhydryl), amino, fosfaat, fosforyl
Soort bindingen tussen organische moleculen: ester, ether, amide, fosfaatester, fosfoanhydride
1.3.1 Biomoleculen
Macromoleculen (biopolymeren): opgebouwd uit meer kleinere organische moleculen (monomeren)
- Eiwitten/proteïnen: aminozuren (20 verschillende)
C, H, O, N (, P, S, andere oligo-elementen)
Enzymen, transport of regulatie
- Vetten/lipiden: vetzuren
C, H, O (, P, N)
Energiereserve, membraancomponenten
- Suikers/(poly)sachariden: monosachariden (beperkt aantal soorten)
C, H, O (, N, P, S)
Energiereserve, extracellulair structuurcomponent
- Nucleïnezuren (DNA, RNA): nucleotiden
C, H, O, N, P
Opslag, vertaling van genetische info in cel
Condensatiereactie: koppeling van monomeren, afsplitsing van 1H 2O
Hydrolysereactie: opsplitsing van macromolecule in monomeren,
reactie met 1H2O
Gekatalyseerd door specifieke enzymen (voor sneller verloop)
2
,1.3.2 Vitaminen
Moeten opgenomen worden met voeding
Vetoplosbare vitaminen (lipiden):
- Vitamine A, D, E, K (ADEK)
Wateroplosbare vitaminen:
- B-groep (thiamine, biotine, pathoteenzuur, cyanocobalamine,
riboflavine (FAD), niacine (NAD+), pyridoxine, foliumzuur),
vitamine C (suikerderivaten)
1.3.3 Hormonen
Signaalmoleculen door klieren geproduceerd en getransporteerd
naar organen
Groep van vetten of eiwitten
- (poly)peptiden: insuline, glucagon
- Aminozuurderivaten: schildklierhormonen
- Cholesterolderivatien (vitD): steroïdhormonen
H2: VETTEN
3
, 2.0 Inleiding tot de vetten
2.0.1 Definitie en functie
Oplosbaarheid: onoplosbaar (of slecht oplosbaar) in water en goed oplosbaar in niet-polaire organische
oplosmiddelen (ether, chloroform, benzeen)
Hydrofoob (apolair) of amfipatisch (apolair en polair)
- Groot deel van structuur uit koolwaterstoffen
Kwantitatief belangrijk
Functies:
- Membraancomponenten
- Opslag van metabolische brandstof
- Andere specifieke functies (bv. hormonen)
2.0.2 Indeling
Gebasseerd op structurele aspecten
- Vetzuren: basisbouwsteen van veel vetten
- Triglyceriden: neutrale vetten (dierlijk vet en plantaardige olie), esters van glycerol met vetzuren
- Fosfolipiden en sfingolipiden: membraancomponenten, alcohol (glycerol of sfingosine) met daaraan
vetzuren (apolaire staarten) en fosfaat/suikers/… (polair)
- Terpenen: basisbouwsteen is isopreen (bv. vetoplosbare vitaminen AEK)
- Steroïden: steraanskelet van 4 ringen (bv. cholesterol, steroïdhormonen)
Behalve triglyceriden zijn ze allemaal amfipatisch (hydrofoob deel > hydrofiel deel)
Verzeepbare vetten: triglyceriden, fosfolipiden, sfingolipiden
Niet-verzeepbare vetten: terpenen, steroïden
2.1 Vetzuren
Soms vrij, meestal als bouwsteen (fosfolipiden, …) –> verbonden door esterverbinding via terminale
carboxylgroep
Verschillen in lengte, aantal en plaats van C=C en aantal vertakkingen
Eigenschappen van meest voorkomende:
- Alifatische monocarbonzuren
- Niet-vertakte koolstofketen
- Even aantal C-atomen
- Kleinste: boterzuur (CH3-CH2-CH2-COOH)
- Meesten bevatten 12 – 20 C-atomen
Nummering
- Carboxyl-C = C1, volgende verder genummerd
- C meteen naast COOH-C = α, volgende β, …
- Laaste C van de keten = ω
Komen bij fysiologische pH meestal voor als anionen (pKa (-COOH) = 4,5 – 5)
Verzadigd of onverzadigd (obv aanwezigheid dubbele bindingen)
2.1.1 Verzadigde vetzuren
CnH2n+1COOH
Geen dubbele binding, dus hebben lange uitgestrekte conformatie –> compact te stapelen (grote
stabilisatie)
4
H1: INLEIDING
1.1 Situering
Biomoleculen: alle chemische stoffen die nodig zijn voor overleving
- Basis van biochemie: studie van chemische stoffen, functies en reacties
1.1.1 Biomoleculen
Moleculaire componenten van een cel
Suikers, lipiden, proteïnen, nucleïnezuren, vitaminen, hormonen
1.1.2 Metabolisme
Geheel van chemische reacties in levende cel
- Katabolisme: degradatie-fase (energieleverend)
Organische voedselmoleculen (suikers, vetten, proteïnen) afgebroken tot kleine eindproducten
(melkzuur, CO2, …)
Er komt energie vrij –> door organisme gebruikt voor beweging, arbeid, opbouw nieuwe moleculen,
…
- Anabolisme: opbouw-, synthesefase (energievragend)
Grote celcomponenten (polysachariden, lipiden, eiwitten) gemaakt uit kleine moleculen (=
voorlopermoleculen)
Vraagt energie die afkomstig is van hydrolyse van ATP
Treden gelijk op –> dynamische evenwicht
1.2 De elementaire samenstelling van organismen
1.2.1 Bouwelementen, oligo-elementen en spoorelementen
Essentiële elementen (< 30 van 90) vormen biomoleculen
- Sterksten in organismen: H, O, C, N
11 bouwelementen: komen in elk organisme voor 99,95% van het totaal voor
- O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg
O, V, H, N, P, S: stabiele covalente bindingen
Ca2+, K+, Na+, Mg2+, Cl-: ionen
Spoorelementen: bijna alle natuurlijke elementen voor 0,05% van het totaal, betrokken bij activiteit van
enzymen (te veel is niet goed)
- Oligo-elementen: spoorelementen die noodzakelijk zijn voor goed functioneren
Bv. I, Fe, Si, F, Cu, Co, Mn, Zn, Se, B, Al, Mo, V, Cr, Ni, Ga, As, Sn
Spoorelement is oligo-element als:
Als er bij gebrek (gebreks-)ziekte optreed, na toedienen van oligo-element zal de ziekte
weggaan
Als de verbinding noodzakelijk is voor het organisme, is het een oligo-element
- Toevallige spoorelementen: de rest van de spoorelementen
Bv. Br, Hg, Ag, Pb, Ti, …
Bio-elementen: bouwelementen + oligo-elementen
- Worden de hele tijd verwijderd uit organismen (open systemen) langs bv. de huid, urine.
Als dit niet vervangen wordt (door bv. niet te eten) –> ziekte
1.2.2 Enkele voorbeelden van oligo-elementen
Jood (I)
- Zit in zeewier, gaat door golven, wind naar land
- Bestand van schildklierhormonen (thyroxine: regulatie van metabolisme)
- Bij gebrek (bv. land tussen bergen): endemische krop en cretinisme (ziekte)
Verdwijnt bij toedienen KI (in keukenzout, drinkwater)
1
, Ijzer (Fe)
- 0,005% van lichaamsgewicht: 70% als bestanddeel van hemoglobine (zuurstofdragend proteïne in
bloed), de rest in myoglobine (zuurstofbindend proteïne in spieren), ferritine en in hemosiderine
- Bio-element voor alle levende wezens
- Bij gebrek: ferriprieve anemie (bloedarmoede)
Genezen door toedienen ijzerpreparaten
Koper (Cu)
- 0,0002% van lichaamsgewicht: in koperstockage proteïnen en in koperdragend eiwit
- Veel in geleedpotigen en weekdieren, bestanddeel van hemocyanine (zuurstofdragend proteïne)
- Functies: vorming RBC, bind- en botweefsel, haarpigment, cofactor enzymen (difenoloxidasen,
nitrietreductase, cytochroomoxidase)
- Bio-element voor alle levende wezens
- Bij gebrek: komt zelden voor
Zink (Zn)
- 0,002% van lichaamsgewicht: werking van koolzuuranhydrase alcoholdehydrogenase, glutamaat-
dehydrogenase, carboxypeptidase
- In zinc-fingers (aanwezig in transcriptiefactoren, belangrijk voor binding aan DNA/RNA)
- Bij gebrek: groeivertraging, haaruitval, verminderde vruchtbaarheid, …
Andere oligo-elementen
- Mangaan (Mn): cofactor van verschillende oxidatieve enzymen
- Molybdeen (Mo): aanwezig in flavoproteïnen
- Cobalt (Co): bestand van vitB12 en van zijn co-enzymen
1.3 De moleculaire samenstelling van organismen
Grote groepen biomoleculen en water gevormd door O, C, H, N, P, S (stabiele covalente bindingen)
- Water: belangrijk bestanddeel als reactiemedium, transportomgeving, …
- Vaste materiaal cel: C-houdende bindingen (flashcards)
Organische moleculen: alcohol, aldehyde, keton, carboxylzuur, thiol (sulfhydryl), amines (primair,
secundair, tertiair)
Functionele groepen (hier zijn biochemische reacties): hydroxyl, acyl, carbonyl, carboxylaat, thiol
(sulfhydryl), amino, fosfaat, fosforyl
Soort bindingen tussen organische moleculen: ester, ether, amide, fosfaatester, fosfoanhydride
1.3.1 Biomoleculen
Macromoleculen (biopolymeren): opgebouwd uit meer kleinere organische moleculen (monomeren)
- Eiwitten/proteïnen: aminozuren (20 verschillende)
C, H, O, N (, P, S, andere oligo-elementen)
Enzymen, transport of regulatie
- Vetten/lipiden: vetzuren
C, H, O (, P, N)
Energiereserve, membraancomponenten
- Suikers/(poly)sachariden: monosachariden (beperkt aantal soorten)
C, H, O (, N, P, S)
Energiereserve, extracellulair structuurcomponent
- Nucleïnezuren (DNA, RNA): nucleotiden
C, H, O, N, P
Opslag, vertaling van genetische info in cel
Condensatiereactie: koppeling van monomeren, afsplitsing van 1H 2O
Hydrolysereactie: opsplitsing van macromolecule in monomeren,
reactie met 1H2O
Gekatalyseerd door specifieke enzymen (voor sneller verloop)
2
,1.3.2 Vitaminen
Moeten opgenomen worden met voeding
Vetoplosbare vitaminen (lipiden):
- Vitamine A, D, E, K (ADEK)
Wateroplosbare vitaminen:
- B-groep (thiamine, biotine, pathoteenzuur, cyanocobalamine,
riboflavine (FAD), niacine (NAD+), pyridoxine, foliumzuur),
vitamine C (suikerderivaten)
1.3.3 Hormonen
Signaalmoleculen door klieren geproduceerd en getransporteerd
naar organen
Groep van vetten of eiwitten
- (poly)peptiden: insuline, glucagon
- Aminozuurderivaten: schildklierhormonen
- Cholesterolderivatien (vitD): steroïdhormonen
H2: VETTEN
3
, 2.0 Inleiding tot de vetten
2.0.1 Definitie en functie
Oplosbaarheid: onoplosbaar (of slecht oplosbaar) in water en goed oplosbaar in niet-polaire organische
oplosmiddelen (ether, chloroform, benzeen)
Hydrofoob (apolair) of amfipatisch (apolair en polair)
- Groot deel van structuur uit koolwaterstoffen
Kwantitatief belangrijk
Functies:
- Membraancomponenten
- Opslag van metabolische brandstof
- Andere specifieke functies (bv. hormonen)
2.0.2 Indeling
Gebasseerd op structurele aspecten
- Vetzuren: basisbouwsteen van veel vetten
- Triglyceriden: neutrale vetten (dierlijk vet en plantaardige olie), esters van glycerol met vetzuren
- Fosfolipiden en sfingolipiden: membraancomponenten, alcohol (glycerol of sfingosine) met daaraan
vetzuren (apolaire staarten) en fosfaat/suikers/… (polair)
- Terpenen: basisbouwsteen is isopreen (bv. vetoplosbare vitaminen AEK)
- Steroïden: steraanskelet van 4 ringen (bv. cholesterol, steroïdhormonen)
Behalve triglyceriden zijn ze allemaal amfipatisch (hydrofoob deel > hydrofiel deel)
Verzeepbare vetten: triglyceriden, fosfolipiden, sfingolipiden
Niet-verzeepbare vetten: terpenen, steroïden
2.1 Vetzuren
Soms vrij, meestal als bouwsteen (fosfolipiden, …) –> verbonden door esterverbinding via terminale
carboxylgroep
Verschillen in lengte, aantal en plaats van C=C en aantal vertakkingen
Eigenschappen van meest voorkomende:
- Alifatische monocarbonzuren
- Niet-vertakte koolstofketen
- Even aantal C-atomen
- Kleinste: boterzuur (CH3-CH2-CH2-COOH)
- Meesten bevatten 12 – 20 C-atomen
Nummering
- Carboxyl-C = C1, volgende verder genummerd
- C meteen naast COOH-C = α, volgende β, …
- Laaste C van de keten = ω
Komen bij fysiologische pH meestal voor als anionen (pKa (-COOH) = 4,5 – 5)
Verzadigd of onverzadigd (obv aanwezigheid dubbele bindingen)
2.1.1 Verzadigde vetzuren
CnH2n+1COOH
Geen dubbele binding, dus hebben lange uitgestrekte conformatie –> compact te stapelen (grote
stabilisatie)
4
